RNA funktioner, struktur og typer

den RNA eller RNA (ribonukleinsyre) er en type nukleinsyre til stede i eukaryote organismer, prokaryoter og vira. Det er en polymer af nukleotider, som indeholder fire typer nitrogenholdige baser i sin struktur: adenin, guanin, cytosin og uracil.

RNA findes generelt som et enkelt bånd (undtagen i nogle vira), lineært eller danner en række komplekse strukturer. Faktisk har RNA en strukturel dynamik, der ikke observeres i DNA-dobbelthelixen. De forskellige typer af RNA har meget forskellige funktioner.

Ribosomale RNA'er er en del af ribosomer, strukturerne er ansvarlige for syntese af proteiner i celler. Messenger-RNA'erne virker som formidlere og transporterer den genetiske information til ribosomet, som oversætter beskeden fra en nukleotidsekvens til en aminosyresekvens.

Overførsels-RNA'er er ansvarlige for aktivering og overførsel af de forskellige typer af aminosyrer -20 i alt til ribosomer. Der er et overførings-RNA-molekyle for hver aminosyre, der genkender sekvensen i messenger-RNA.  

Derudover er der andre typer af RNA, som ikke er direkte involveret i proteinsyntese og er involveret i genregulering.

indeks

• 1 struktur
  • 1.1 Nucleotider
  • 1,2 RNA-kæde
  • 1.3 Kræfter, der stabiliserer RNA
• 2 Typer af RNA og funktioner
  • 2.1 Messenger RNA
  • 2,2 ribosomalt RNA
  • 2.3 Overfør RNA
  • 2.4 MicroRNA
  • 2,5 mute RNA
• 3 Forskelle mellem DNA og RNA
• 4 Oprindelse og evolution
• 5 referencer

struktur

De grundlæggende enheder af RNA er nukleotider. Hvert nukleotid dannes af en nitrogenbaseret base (adenin, guanin, cytosin og uracil), en pentose og en phosphatgruppe.

nukleotid

De nitrogenholdige baser er afledt af to grundlæggende forbindelser: pyrimidiner og puriner.

Baserne afledt af puriner er adenin og guanin, og baser afledt af pyrimidiner er cytosin og uracil. Selv om disse er de mest almindelige baser, kan nukleinsyrer også præsentere andre typer af baser, som er mindre hyppige.

Hvad angår pentosen, er de d-riboseenheder. Derfor er de nukleotider, der udgør RNA'en, kaldet "ribonukleotider".

RNA-kæde

Nukleotiderne er bundet sammen af ​​kemiske bindinger, der involverer phosphatgruppen. At forberede dem, phosphatgruppen af ​​5'er enden af ​​et nukleotid bundet til hydroxylgruppen (-OH) ved 3'-enden af ​​den næste nukleotid og således skabe en linktype phosphodiester.

Langs nukleinsyrekæden har phosphodiester-bindingerne samme orientering. Derfor er der en polaritet af strengen, der skelner mellem 3'- og 5'-enden.

Ved konvention er nukleinsyrernes struktur repræsenteret med 5'-enden til venstre og 3'-enden til højre.

RNA-produktet af DNA-transkriptionen er en simpel kæde, der vender til højre i en spiralformet konformation ved stabling af baserne. Samspillet mellem puriner er meget større end interaktionen mellem to pyrimidiner, af størrelsen af ​​dem.

I RNA kan vi ikke tale om en traditionel sekundær struktur og reference, ligesom den dobbelte helix af DNA. Den tredimensionale struktur af hvert RNA-molekyle er unik og kompleks, sammenlignelig med proteinerne (logisk kan vi ikke globalisere proteinkonstruktionen).

Forcer, der stabiliserer RNA

Der er svage interaktioner, der bidrager til stabilisering af RNA, især stabling af baser, hvor ringene er placeret oven over hinanden. Dette fænomen bidrager også til stabiliteten af ​​DNA-helixen.

Hvis RNA-molekylet finder en komplementær sekvens, kan de parre og danne en dobbeltkæde struktur, der vender til højre. Den overvejende form er type A; Som for Z-formularerne er de kun blevet påvist i laboratoriet, mens B-formularen ikke er blevet observeret.

Generelt er der korte sekvenser (som UUGG), der er placeret i slutningen af ​​RNA'et og har den særlige formgivning loops stabil. Denne sekvens deltager i foldningen af ​​den tredimensionelle struktur af RNA.

Derudover kan hydrogenbindinger dannes på andre steder, der ikke er de typiske basisparringer (AU og CG). En af disse vekselvirkninger forekommer mellem ribosens 2'-OH med andre grupper.

Fortynding af de forskellige strukturer, der er fundet i RNA'et, har tjent til at demonstrere de multiple funktioner af denne nukleinsyre.

Typer af RNA og funktioner

Der er to slags RNA: det informative og det funktionelle. Den første gruppe omfatter de RNA'er, der deltager i syntesen af ​​proteiner og fungerer som procesformidlere; de informative RNA'er er messenger-RNA'erne.

I modsætning hertil giver RNA'erne, der tilhører anden klasse, de funktionelle, ikke anledning til et nyt proteinmolekyle, og selve RNA'et er slutproduktet. Disse er overførsels-RNA'erne og de ribosomale RNA'er.

I pattedyrsceller er 80% af RNA'et ribosomalt RNA, 15% overførings-RNA, og kun en lille del svarer til messenger-RNA'et. Disse tre typer arbejder sammen for at opnå proteinbiosyntese.

Der er også små nukleare RNA'er, små cytoplasmatiske RNA'er og mikroRNA'er, blandt andre. Dernæst beskrives hver af de vigtigste typer i detaljer:

Messenger RNA

I eukaryoter er DNA begrænset til kernen, mens proteinsyntese forekommer i cytoplasmaet i cellen, hvor ribosomerne er placeret. Til denne rumlige adskillelse skal være en mediator, der bærer budskabet fra kernen til cytoplasmaet og at molekylet er messenger-RNA.

Messenger-RNA, forkortet mRNA, er et mellemprodukt molekyle, som indeholder den information kodet i DNA, der angiver en aminosyresekvens, som resulterer i et funktionelt protein.

Udtrykket messenger RNA blev foreslået i 1961 af Jacob og Jacques Monod François at beskrive RNA-delen transmission af meddelelsen fra DNA til ribosomer.

Synteseprocessen af ​​et mRNA fra DNA-strenget er kendt som transkription og forekommer forskelligt mellem prokaryoter og eukaryoter. 

Genekspression styres af flere faktorer og afhænger af hver celles behov. Transkriptionen er opdelt i tre faser: initiering, forlængelse og opsigelse.

transkription

DNA replikationsprocessen, der forekommer i hver celledeling, kopierer hele kromosomet. Transkriptionsprocessen er imidlertid meget mere selektiv, omhandler kun behandling af specifikke segmenter af DNA-strengen og kræver ikke en primer.

i Escherichia coli -den bedst studerede bakterie i biologiske videnskaber - transkription begynder med afviklingen af ​​DNA's dobbelte helix og transkriptionssløjfen dannes. RNA-polymerasenzymet er ansvarligt for syntetisering af RNA'et, og da transkriptionen fortsætter, vender DNA-strengen tilbage til sin oprindelige form.

Indledning, forlængelse og opsigelse

Transskription initieres ikke på tilfældige steder i DNA molekylet; der er specialiserede steder til dette fænomen, kaldet promotorer. i E. coli RNA-polymerasen kobles nogle få basepar over den hvide region.

Sekvenserne, hvor transkriptionsfaktorerne er koblet, er ret konserveret blandt forskellige arter. En af de mest kendte promotorsekvenser er TATA-boksen.

Ved forlængelse tilføjer RNA-polymerasenzymet nye nukleotider til 3'-OH-enden efter 5'-til-3'-retningen. Hydroxylgruppen virker som en nukleofil, der angriber alpha-phosphatet af nukleotidet, som vil blive tilsat. Denne reaktion frigiver et pyrophosphat.

Kun en streng af DNA anvendes til at syntetisere messenger-RNA, som er kopieret i 3'- til 5 '(den antiparallelle formular nye RNA-streng). Nukleotidet, der vil blive tilføjet, skal overholde basepareringen: U parring med A og G med C.

RNA polymerase stopper processen, når den finder regioner, der er rige på cytosin og guanin. Endelig er det nye messenger-RNA-molekyle adskilt fra komplekset.

Transkription i prokaryoter

I prokaryoter kan et messenger-RNA-molekyle kode for mere end et protein.

Når et mRNA koder udelukkende til et protein eller polypeptid kaldet monocistronisk mRNA, men mere koder for et protein produkt er polycistronisk mRNA (bemærk, at i denne sammenhæng henviser udtrykket til genet cistron).

Transskription i eukaryoter

I eukaryotiske organismer er langt størstedelen af ​​mRNA'er monokistroniske, og transkriptionsmaskineriet er meget mere komplekst i denne sammensætning af organismer. De er karakteriseret ved at have tre RNA-polymeraser, betegnet I, II og III, hver med specifikke funktioner.

Jeg er ansvarlig for at syntetisere pre-rRNA, II syntetiserer messenger-RNA'erne og nogle specielle RNA'er. Endelig er III ansvarlig for transfer RNA, 5S ribosomalt og andet lille RNA.

Messenger RNA i eukaryoter

Messenger RNA gennemgår en række specifikke modifikationer i eukaryoter. Den første indebærer tilføjelsen af ​​en "cap" til 5'-enden. Kemisk er hætten en rest af 7-methylguanosin forankret til enden af ​​en binding af typen 5 ', 5'-triphosphat.

Funktionen af ​​denne zone er at beskytte RNA mod mulig nedbrydning af ribonukleaser (enzymer der nedbryder RNA i mindre komponenter).

Derudover opstår fjernelse af 3'-enden, og 80 til 250 adeninrester tilsættes. Denne struktur er kendt som polyA "hale" og tjener som en bindingszone for flere proteiner. Når en prokaryote køber en hale polyA har tendens til at stimulere dens nedbrydning.

På den anden side transkriberes denne messenger med intronerne. Introns er DNA-sekvenser, der ikke er en del af genet, men "afbryder" sekvensen. Introns er ikke oversat og derfor skal fjernes fra messenger.

De fleste hvirveldyrsgener har introner, bortset fra gener, der koder for histon. Tilsvarende kan antallet af introner i et gen variere fra nogle få til dusinvis af disse.

splejsning af RNA

Splicing RNA eller splejsningsprocessen involverer fjernelse af introner i messenger RNA.

Nogle introner fundet i nukleare eller mitokondrie gener kan udføre processen med splejsning uden hjælp af enzymer eller ATP. I stedet udføres processen ved transesterificeringsreaktioner. Denne mekanisme blev opdaget i den cilierede protozoon Tetrahymena thermophila.

Derimod er der en anden gruppe af budbringere, der ikke er i stand til at mægle deres egne splejsning, så de har brug for ekstra maskiner. Til denne gruppe tilhører et forholdsvis højt antal nukleare gener.

Processen af splejsning det er medieret af et proteinkompleks kaldet et spiceosom eller splejsningskompleks. Systemet er sammensat af specialiserede RNA-komplekser kaldet nukleare små ribonukleoproteiner (RNP).

Der er fem typer af RNP: U1, U2, U4, U5 og U6, som findes i kernen og formidler processen med splejsning.

den splejsning kan producere mere end en type protein - dette er kendt som splejsning alternativt, da exoner er arrangeret forskelligt og skaber sorter af messenger RNA.

Ribosomalt RNA

Ribosomalt RNA, forkortet rRNA, findes i ribosomer og deltager i biosyntesen af ​​proteiner. Derfor er det en væsentlig bestanddel af alle celler.

Ribosomalt RNA er forbundet med proteinmolekyler (ca. 100, ca.) for at give anledning til ribosomale presubunidater. De klassificeres afhængigt af deres sedimenteringskoefficient, angivet ved bogstavet S af Svedberg-enheder.

Et ribosom består af to dele: hovedunderenheden og den mindre underenhed. Begge subunits varierer mellem prokaryoter og eukaryoter med hensyn til sedimentationskoefficienten.

Prokaryoter besidder en stor 50S subunit og en lille 30S subunit, mens i eukaryoter den store underenhed er 60S og den lille 40S underenhed.

De gener, der koder for ribosomale RNA'er, er i nukleoluset, et bestemt område af kernen, der ikke er afgrænset af en membran. Ribosomale RNA'er transkriberes i denne region af RNA-polymerase I.

I celler, der syntetiserer store mængder proteiner; Nucleolus er en fremtrædende struktur. Men når den pågældende celle ikke kræver et stort antal proteinprodukter, er nukleolus en næsten umærkelig struktur..

Behandling af ribosomalt RNA

Den store 60S ribosomale underenhed er forbundet med fragmenter 28S og 5,8S. Med hensyn til den lille underenhed (40S) er den forbundet med 18S.

I højere eukaryoter er den præ-rRNA kodet i en transkriptionel enhed 45S, involverer RNA-polymerase I. Dette transkript forarbejdes i modent ribosomalt RNA 28S, 18S og 5,8S.

Som syntesen fortsætter, er pre-rRNA associeret med forskellige proteiner og danner ribonukleoproteinpartikler. Dette gennemgår en række efterfølgende modifikationer, der indbefatter methylering af 2'-OH-gruppen af ​​ribose og omdannelsen af ​​rester af uridin til pseudouridin..

Den region, hvor disse ændringer vil forekomme, styres af mere end 150 små nukleolære RNA-molekyler, som har evnen til at binde til pre-rRNA.

I modsætning til andre præ-rRNA, er 5S transkriberes af RNA-polymerase III i nukleoplasmaet og ikke inde nucleolus. Efter at være blevet syntetiseret, bliver den taget til nukleolus for at samle med 28S og 5,8S, der danner ribosomale enheder.

Ved afslutningen af ​​samleprocessen overføres underenhederne til cytoplasmaet ved hjælp af nukleare porer.

polyribosomer

Det kan ske, at et molekyle af messenger-RNA giver oprindelse til flere proteiner samtidig med at de går i mere end et ribosom. Efterhånden som oversættelsesprocessen skrider frem, er messengerens ende fri og kan afhentes af et andet ribosom ved at starte en ny syntese.

Derfor er det almindeligt at finde ribosomer grupperet (mellem 3 og 10) i et enkelt molekyle messenger RNA, og denne gruppe kaldes polyribosom.

Overfør RNA

Overførsels-RNA'et er ansvarlig for overførsel af aminosyrerne, idet processen med proteinsyntese skrider frem. De består af ca. 80 nukleotider (sammenlignet med messenger RNA, det er et "lille" molekyle).

Strukturen har folder og kryds som ligner en trefoil med tre arme. I den ene ende er en adenylring, hvor hydroxylgruppen af ​​ribosen medierer bindingen til aminosyren, som skal transporteres.

De forskellige overførsels-RNA'er kombineres udelukkende med en af ​​de tyve aminosyrer, der danner proteinerne; med andre ord er det køretøjet, der transporterer de grundlæggende byggesten af ​​proteiner. Overførsels-RNA-komplekset sammen med aminosyren hedder aminoacyl-tRNA.

Derudover genkender hvert overførsels-RNA i oversættelsesprocessen - hvilket forekommer takket være ribosomerne - et specifikt codon i messenger-RNA'et. Når det erkendes, frigives den tilsvarende aminosyre og bliver en del af det syntetiserede peptid.

For at genkende den type aminosyre, der skal leveres, har RNA et "anticodon" placeret i molekylets midterområde. Dette anticodon er i stand til at danne hydrogenbindinger med de komplementære baser, der er til stede i messenger DNA.

MicroRNA

MicroRNA'er eller mRNA'er er en kort type enkeltstrenget RNA, mellem 21 og 23 nukleotider, hvis funktion er at regulere ekspressionen af ​​gener. Da det ikke oversætter til protein, kaldes det normalt ikke-kodende RNA.

Ligesom de andre typer af RNA er behandlingen af ​​mikroRNA'er komplekse og involverer en række proteiner.

MicroRNA'er stammer fra længereprecursorer kaldet mRNA-pri, der er afledt fra det første transkript af genet. I cellens kerne modificeres disse precursorer i mikroprocessorkomplekset og resultatet er et præ-miRNA..

Pre-miRNA er gafler 70 nukleotider fortsætter behandling i cytoplasmaet af et enzym kaldet Dicer, der slutter sig til den komplekse RNA-induceret silencing kompleks (RISC) og endelig syntetiseres miRNA.

Disse RNA'er er i stand til at regulere ekspressionen af ​​gener, da de er komplementære til specifikke messenger-RNA'er. Når de kombineres med deres mål, er miRNA'erne i stand til at undertrykke messenger, eller endda nedbryde den. Følgelig kan ribosomet ikke translatere transkriptet.

Silencing RNA

En bestemt type mikroRNA er lille interfererende RNA (siRNA), også kaldet silencing RNA. De er korte RNA'er, mellem 20 til 25 nukleotider, der forhindrer udtrykket af visse gener.

De er meget lovende instrumenter til forskning, da de tillader silencing et gen af ​​interesse og dermed studerer dens mulige funktion.

Forskelle mellem DNA og RNA

Selv om DNA og RNA er nukleinsyrer og kan se meget ens ved første øjekast, adskiller de sig i flere af deres kemiske og strukturelle egenskaber. DNA er et dobbeltbåndsmolekyle, mens RNA er et simpelt band.

Derfor er RNA et mere alsidigt molekyle og kan vedtage et stort udvalg af tredimensionale former. Visse virus har dog dobbeltstrenget RNA i deres genetiske materiale.

I RNA-nukleotider er sukkermolekylet en ribose, mens det i DNA er en deoxyribose, der kun adskiller sig i nærværelse af et oxygenatom.

Fosfodiesterbindingen i DNA- og RNA-skeletet er tilbøjelig til at undergå en langsom hydrolyseproces og uden tilstedeværelse af enzymer. Under alkaliske betingelser hydrolyseres RNA hurtigt - takket være den ekstra hydroxylgruppe - mens DNA'et ikke.

Tilsvarende er de nitrogenholdige baser, der udgør nucleotiderne i DNA, guanin, adenin, thymin og cytosin; På den anden side erstattes det tyme RNA med uracil. Uracil kan parres med adenin, ligesom thymin i DNA.

Oprindelse og udvikling

RNA er det eneste kendte molekyle, der er i stand til at lagre information og katalysere kemiske reaktioner på samme tid; Derfor foreslår flere forfattere, at RNA-molekylet var afgørende for livets oprindelse. Overraskende nok er substraterne i ribosomerne andre RNA-molekyler.

Opdagelsen af ​​ribozymer Lleo biokemi ny definition af "enzym" -siden før begrebet blev kun anvendt til proteiner med katalytisk aktivitet, og hjalp understøtte et scenario, hvor de første livsformer anvendt som kun genetisk materiale RNA.

referencer

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J et al. (2002). Molecular Biology of the Cell. 4. udgave. New York: Garland Science. Fra DNA til RNA. Tilgængelig på: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). biokemi. Jeg vendte om.
3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). biologi. Ed. Panamericana Medical.
4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W. M., Miller, J.H., et al. (1999). Moderne Genetisk Analyse. New York: W. H. Freeman. Gener og RNA. Tilgængelig på: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Traktaten om medicinsk fysiologi. Elsevier.
6. Hall, J. E. (2015). Guyton og Hall lærebog af medicinsk fysiologi e-bog. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., et al. (2000) Molecular Cell Biology. 4. udgave. New York: W. H. Freeman. Afsnit 11.6, Behandling af rRNA og tRNA. Tilgængelig på: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M.M. (2008). Lehners principper for biokemi. Macmillan.